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Laboratorio de Fisicoquímica

I.- RESUMEN

La experiencia realizada tiene como objetivo la determinación de la densidad de líquidos y sólidos a través del método del picnómetro.

Para realizar nuestra experiencia se debe tomar en cuenta las condiciones atmosféricas en las que se encuentra nuestro laboratorio para realizar los experimentos. Se determino una temperatura ambiente de 21.7ºC; también la presión atmosférica de 756 mmHg y una humedad relativa de 94%.

Para la determinación experimental de la densidad utilizaremos el método del picnómetro utilizando dos temperaturas de 20ºC y 30ºC La densidad obtenida en la experiencia para el Isopropil 2-Propanol a una temperatura de 20ºC es 0.7864g/ml y a 30ºC es 0.7839 g/ml. Después de realizar los calculo y teniendo en cuenta los valores teóricos de las sustancias anteriores podemos observar que tenemos como porcentaje de error para la muestra a 20ºC es % y a 30ºC es %.

Y de la misma forma para hallar la densidad del carbonato de calcio (CaCO3) a T=21.7ºC (temperatura ambiente) utilizamos el método del picnómetro obteniendo una densidad de 5.989 con un porcentaje de error de 120%.un porcentaje muy alto por cierto, pero que tendrá su significativa explicación en la discusión de resultados.

Practica 03 – Densidad de sólidos y líquidospág.1

FACULTAD DE Universidad


II.- INTRODUCCIÓN

Bien es sabido que el mundo o más aun el Universo están constituidos por materia cuyas propiedades principales son la masa y el volumen que ocupan.

La Densidad, es la masa de un cuerpo por unidad de volumen.

Para medir esta densidad, específicamente la de un liquido; se utiliza el densímetro, que proporciona una lectura directa de la densidad, sin embargo, para nuestra experiencia recurrimos a la aplicación del MÉTODO DEL PICNOMETRO en el cual, únicamente utilizamos los valores de los pesos obtenidos por una balanza y la formula de la gravedad especifica o densidad relativa.

En el proceso de la realización de los cálculos correspondientes a nuestra experiencia, pudimos contrastar resultados teóricos y experimentales, dichas diferencias resultaron ser bastante satisfactorias puesto que dieron porcentajes de error muy pequeños.

Por medio desarrollo de este reporte es que expresamos, lo mejor posible, nuestro aprendizaje del tema respectivo así también queremos informar, textualmente, nuestro continuo aprendizaje sobre la utilización de las herramientas y/o instrumentos de laboratorio.




III. PRINCIPIOS TEÓRICOS

DENSIDAD ABSOLUTA:

La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3. La densidad es una magnitud intensiva

Donde: ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del determinado cuerpo.

Estas relaciones están en función de la temperatura y la presión; para los líquidos y los sólidos la densidad se indica en las tablas de datos con el siguiente símbolo d20, siendo el exponente la temperatura.

PESO ESPECÍFICO O PESO ESPECIFICO ABSOLUTO:Se define por la razón:

P . e .=

mVm0

V

Donde: m y m0 son los pesos reales de la sustancia y del agua contenida en el mismo volumen V a la misma temperatura T.

El peso específico de un mineral es un número que expresa la relación entre su peso y el peso de un volumen igual a 4ºC.El peso específico de un mineral de composición determinada es constante y su determinación es, en frecuencia un valor importante en la identificación de un mineral.



http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_intensiva


DENSIDAD RELATIVA O GRAVEDAD ESPECIFICA:La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)

Donde: ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad de la sustancia ρ0 es la densidad de referencia o absoluta.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/L.Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

PICNOMETRO:

Aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancias. También se conoce como frasco de densidades. Consiste en un pequeño frasco de vidrio de cuello estrecho, cerrado con un tapón esmerilado, hueco y que termina por su parte superior en un tubo capilar con graduaciones. Para llenar el picnómetro se quita el tapón esmerilado, que está hueco o perforado, se añade la muestra con una probeta pequeña y se tapa. El líquido subirá por el interior del tapón hasta el capilar. Puede ocurrir que incluso rebose, en cuyo caso se secaría cuidadosamente por fuera procurando que el líquido llene totalmente el tapón o que el exceso se pueda medir con el capilar. Así se determina el volumen de líquido contenido en el recipiente. Algunos picnómetros, menos precisos, no tienen tapón, sino un cuello largo aforado; en este caso, el picnómetro se llenaría hasta el enrase marcado en el cuello y de esta forma se conocería el volumen del líquido.



http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_961534078/Probeta.html

http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_961521592/Vidrio.html

http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761567796/Densidad.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsius

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)

http://es.wikipedia.org/wiki/Litro

http://es.wikipedia.org/wiki/Metro_c%C3%BAbico

http://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramo

http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsius

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)

http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_adimensional

http://es.wikipedia.org/wiki/Cociente

http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia


IV.- TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS

A) Tabla 1: Condiciones de laboratorio

P(mmHg) T (ºC) %HR

756 21.7 94%

Determinación de la densidad de Líquidos por el método del Picnómetro

ρH 2O20 ºC

0.9982 g/ml

ρH 2O30 ºC

0.99568 g/ml

OH2 3.1056*10-4 βC3H 8O (CH 3 )2 CHOH

ρC3 H8 O( CH 3 ) 2CHOH

20 ºC0.7848 g/ml


15 ºC0.78913 g/ml


30 ºC0.7764 g/ml




Determinación de la densidad de Sólidos por el Método del Picnómetro

ρCaCO3

21 .7 ºC2.71 g/ml

ρH 2O21 .7 ºC

0.9977g/ml

B) Tabla 2: Datos teóricos

C) Tabla 3: Datos Experimentales



Determinación de la densidad de Líquidos por el método del Picnómetro

Peso del Picnómetro W1 = 15.1399 g

Para el Agua Destilada

Peso del Picnómetro + Agua Destilada

a 20ºC a 30ªC

W2 = 31.9733 g W2 = 31.9434 g

Para el Isopropil 2- Propanol

Peso del Picnómetro W3 = 15.1436 g

Peso del Picnómetro + Isopropil 2- Propanol

a 20ºC a 30ºC

W4 = 28.4079 g W4 = 28.3722 g


V. RESULTADOS

Valor experimental Valor Teórico % de Error

ρC 3 H8 O( CH 3 ) 2CHOH

20 ºC0.7864 g/ml 0.7848 g/ml 0.20%

ρC 3 H8 O( CH 3 ) 2CHOH

30 ºC0.7839 g/ml 0.7864 g/ml 0.97%



Determinación de la densidad de Sólidos por el Método del Picnómetro

Peso del Picnómetro A = 15.1433 g

Peso del Picnómetro + muestra (CaCO3) M = 15.3085 g

Peso del Picnómetro + CaCO3 + H2O3 S = 32.1140 g

Peso del Picnómetro + H2O3 P = 31.9763 g


ρCaCO3

21 .7 ºC 5.989 g/ml 2.715 g/ml 120%

PORCENTAJE DE ERROR

Sabiendo que la fórmula para hallar el porcentaje de error es:

Ahora hallaremos el porcentaje de error para la densidad del liquido a T=20ºC

Seguidamente hallaremos el porcentaje de error para la densidad de la muestra a una T=30ºC.



%ER=|XTeo−XExp

X Teo

|×100 %

%EρC3H 8O (CH 3 )2 CHOH

20 ºC =|ρalignl¿ C3H 8O (CH 3 )2 CHOH ¿

Teorico ¿¿¿20 ºC− ρalignl¿ C3H 8O (CH 3 )2 CHOH ¿Experimental ¿

20ºC¿|

ρalignl ¿ C3 H 8O( CH 3 ) 2 CHOH ¿Teorico ¿

20 ºC

¿100 %=¿


20 ºC =|0 .7848 g/ml−0 . 78640 .7848g /ml

|×100%=0. 20 %


30 ºC =|ρalignl ¿ C3H 8O (CH 3 )2 CHOH ¿

Teorico ¿¿¿30 ºC− ρalignl ¿ C3H 8O (CH 3 )2 CHOH ¿Experimental ¿

30ºC¿|

ρalignl ¿ C3 H 8O( CH 3 ) 2 CHOH ¿Teorico ¿

30 ºC

¿100 %=¿


Por último determinaremos la densidad del solido (CaCO3) dado a una T=25ºC

VI.- CÁLCULOS

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE LIQUIDOS POR EL METODO DEL PICNOMETRO

a. Calculo de la gravedad especifica tanto del agua como del Isopropil 2-Propanol a 20ºC y30ºC




30 ºC =|0 .7764 g /ml−0. 78390 .7764 g/ml

|×100 %=0 . 97 %

%EρCaCO3

21 .7 ºC=|ρ ¿CaCO3 ¿Teorico ¿

21.7 ºC−ρ¿ CaCO3 ¿Experimental ¿

21. 7 ºC¿¿ ρ¿CaCO3 ¿Teorico ¿

21. 7 ºC¿¿|¿100 %=

%EρCaCO3

21 .7 ºC=|2 .715 g/ml−5 . 989 g /ml2. 715g /ml

|∗100 %=120. 6 %

ρAcetato30 ºC =GeAgua 30 ºC

Acetato 30 ºC ρH 2O30 ºC

0 .8763(0 .99568 g /mL )=0 .8725 g /mL


Se sabe que:

PESOS A 20ºCW1 15.1399 g W2 31.9733 gW3 15.1436 g W4 28.4079 g

PSOS A 30ºCW1 15.1399 g W2 31.9434 gW3 15.1436 g W4 28.3722 g

Entonces, la gravedad específica

Para T=20ºC es:

Para T=30ºC es:

b. Determinamos los valores experimentales de la densidad del Isopropil 2-Propanol a 20ºC y a 30ºC.

Una vez determinado la gravedad específica procedemos a hallar la densidad experimental del Isopropil 2-Propanol, a raíz de la siguiente fórmula:

DATOS

Ge20 ºC20 ºC 0.7879 Ge30 ºC

30 ºC 0.7873



GeAgua 20 ºCIsopropil 20 ºC=28 .4079 g−15 . 1436 g

31 .9733 g−15. 1399 g=0 . 7879

GeAgua 30 ºCIsopropil 30 ºC=28 .3722 g−15. 1436 g

31 .9434 g−15 .1399 g=0 .7873

ρA

T0=GeT 0

T 0 ρH2O

T0


ρH 2O20 ºC 0.9982 ρH 2O

30 ºC 0.9956 g/ml

Reemplazando se tiene:

Para T=20ºC es:

ρ

C3 H8 O( CH 3 ) 2CHOH

20 ºC =0 .7864 g /ml

Para T=30ºC es:

ρ

C 3 H8 O( CH 3 ) 2CHOH

30 ºC =0 .7839 g /ml

c. Cálculo de los valores teóricos para la densidad de Isopropil 2-Propanol a 20ºC y a 30ºC

Donde: T0: Temperatura a la que tenemos la densidad. Tx: Temperatura a la que queremos obtener la densidad

β : Coeficiente de dilatación cubica de la muestra pura

ρT0

: Densidad de la muestra a la temperatura T0

ρT x

: Densidad de la muestra a hallar

Tomamos como temperatura conocida a T0=25ºC

Ahora calcularemos la densidad teórica del Isopropil 2-Propanol a 20ºC y 30ºC.



DATOS

ρ15 ºC 0.78913g/ml

T0 25ºCTx 20ºC y 30ºCβ 1.094*10-3


20 ºC =GeAgua 20 ºCIsopropil 20 ºC ρH

2O

20ºC =0 . 7879(0 . 9982 g /ml)=


30 ºC =GeAgua 30 ºCIsopropil 30 ºC ρH

2O

30ºC =0 . 7873(0 . 9956g /ml )=

ρT x= ρ

T0

1−β (T 0−T X )


Para Tx=20ºC

ρ20ºC

= ρ15 ºC

1−β (T 0−T X )= 0.78913 g /ml

1−1.094×10−3

ºC−1

(15 ºC−20 ºC )=0 .7848 g /ml

Para Tx=30ºC

ρ30 ºC

= ρ15 ºC

1−β (T 0−T X )= 0 .78913 g /ml

1−1.094×10−3

ºC−1

(15 ºC−30 ºC )=0. 7764 g /ml

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE SOLIDOS POR EL METODO DEL PICNOMETRO

a. Calculo de la gravedad especifica (G) del CaCO3 a 25ºC

A partir de:

Obtendremos la gravedad experimental:



PESOS A 20ºCA 15.1433 g M 15.3085 gS 32.1140 g P 31.9763 g

ρH 2O21 .7 ºC 0.9977 g/ml

G= M−AP+M−A−S

G=15 .3085g−15 . 1433g31 .9763g+15 .3085 g−15 .1433g−32 .1140 g

=6 . 007


b. Calculo de la densidad experimental del CaCO3 a 21.7ºC

A raíz de:

Reemplazando los datos tenemos:



ρSólido

T0 =G . ρH2O

T0

ρCaCO3

21 .7 ºC =G . ρH2

O21. 7 ºC =6 .007 (0 . 9977 g /mL)=5 .989 g /mL


VII.- ANÁLISI S Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

El método del picnómetro es un método muy exacto, además con ayuda de una

balanza digital los valores de los pesos son más exactos y se puede determinar la

densidad muy próxima a la teórica para así poder hallar las viscosidades a

diferentes temperaturas.

El porcentaje de error nos muestra un acierto muy bueno en las mediciones, así del

resultado obtenido de 0,20% y 0.97% de error, lo cual nos indica que los

materiales utilizados nos han proporcionado una medida muy exacta y por ello se

aproxima mucho al valor teórico.

Sin embargo en la obtención de la densidad del sólido (CaCO3), el error calculado

fue muy alto debido a mala manipulación de los instrumentos y la falta de

precisión al llenar el picnómetro de manera que el capilar esté completamente

repleto.

Otra posible razón del porcentaje de error alto es que no se generó un buen secado del

picnómetro en la estufa, por fines de tiempo.




VIII.- CONCLUSIONES

La densidad es inversamente proporcional a la temperatura, ya que al aumentar a

temperatura, la sustancia experimenta una expansión en el volumen, lo que hace

que en la relación (m/V), disminuya, ya que la masa se mantiene constante,

entonces a mayor temperatura, menor densidad.

Esta misma afirmación puede hacerse para la Gravedad Específica, es inversamente

proporcional a la temperatura.

La densidad de sólidos y líquidos puede ser determinado con facilidad teniendo

como dato la gravedad específica a una determinada temperatura y la densidad de

agua a la misma temperatura.

Según las pruebas realizadas en el laboratorio se pudo comprobar que realmente el

método del picnómetro no es tan exacto, pero si muy cercano ya que el margen de

diferencia entre los resultados es de centésimas y hasta de milésimas.




IX.- RECOMENDACIONES

Tratar de mantener la temperatura constante cuando se trabaja con el picnómetro,

para la determinación de las densidades de las diversas soluciones que se van a

estudiar.

Los materiales que se utilizan para las diversas mediciones se deben lavar y secar

por completo en la estufa.

El picnómetro debe de ser llenado completamente hasta el capilar; luego del baño

se debe de secar por completo el picnómetro antes de ser pesado.

El volumen que se utiliza de agua debe ser el mismo para las soluciones de etanol

que se han utilizado.

Sujetar el picnómetro de la boca del envase y no del tubo capilar ya que el capilar

es un parte movible.

Al momento de encender la balanza analítica se debe esperar a que pase por el

proceso de auto calibración.

Es importante cerrar la ventana de la balanza analítica para que no entre ninguna

sustancia externa como polvo.

Al empezar a realizar las mediciones con la balanza analítica se pueden presentar

lecturas de “0,0002g” ó “0,0001g” cuando no existe ninguna sustancia en el

platillo de mediciones. Ante esto se debe presionar el botón “Tare” para tarar el

peso de la balanza y que la lectura vuelva a indicar “0,0000g”.




X.- BIBLIOGRAFÍA

Libros:

A.TIPLER, Paul. Fisica Preuniversitaria. Editorial Reverté S. A. 1987. Tomo I. Pag. 258.

A. LANGE, Norbert. Handbook of chemistry. Pag. 1127.

Handbook of chemistry and physics. 57th edition 1976- 19977.Editor Robert C. Weast.

Información Tecnológica Vol 14. Centro de Información Tecnológica. Editor Jose O. Valderrama.

Páginas Web:

http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad

http://b ooks.google.es/books? id=XRNDAAAAIAAJ&q=densidad+absoluto&dq=densidad+absoluto&hl=es

http://es.wikipedia.org/wiki/Alcohol_isoprop%C3%ADlico

http://www.monografias.com/trabajos4/ladensidad/ladensidad.shtml



http://es.wikipedia.org/wiki/Alcohol_isoprop%C3%ADlico

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XI.- APÉNDICE

A.- CUESTIONARIO

1. Mencione tres diferencias entre densidad absoluta y relativa.

a. La densidad absoluta es la razón entre la masa y el volumen de una sustancia a una determinada temperatura, mientras que la densidad relativa es la relación entre la densidad absoluta de un sustancia con la densidad absoluta de un líquido referencial.

b. La densidad absoluta presenta unidades ([M]/[L3]), mientras que la densidad relativa es adimensional por ser un cociente.

c. La densidad absoluta es una magnitud derivada de la masa y la longitud, entonces depende de la presión, la temperatura, la masa molecular y la cantidad de moléculas contenidas en ese volumen, mientras que la densidad relativa sólo depende de las masas específicas de las sustancias, además de la presión y temperatura

2. Escribir la relación matemática entre grados API, y de los grados Beaumé (ºBe) con la gravedad específica (Ge).

Los grados API (American Petroleum Institute), es una medida de densidad que describe que tan pesado o liviano es el petróleo comparándolo con el agua. Si los grados API son mayores a 10, es más liviano que el agua, y por lo tanto flotaría en esta. La gravedad API es también usada para comparar densidades de fracciones extraídas del petróleo. Por ejemplo, si una fracción de petróleo flota en otra, significa que es más liviana, y por lo tanto su gravedad API es mayor. Matemáticamente la gravedad API no tiene unidades. Sin embargo siempre al número se le coloca la denominación grado API.

Nótese que cuanto mayor es el grado API, menor es la densidad. Los valores extremos para la escala API son 0, que corresponde a 1.076 g/cm3 y 100, que corresponde a 0.6112 g/cm3.

Relación Gravedad Específica y °BePor otro lado, sabiendo que los grados Bé de una disolución se puede deducir su densidad, y viceversa, para ello basta sólo con aplicar la fórmula correspondiente de las que se indican a continuación:



grado. . API=141 .5Ge( g/mL)

−131.5


Para líquidos menos densos que el agua: Donde: 146,3 d = –––––––––– (con agua destilada n = 10) d = densidad 136,3 + n n = número de Grados BeauméPara líquidos más densos que el agua: 146,3d = –––––––––– (con agua destilada n = 0) 136,3 - n

3. Si mezclamos a 20ºC agua con etanol (densidad relativa 0.8) resulta una solución al 40% w en alcohol. Calcule la densidad de la mezcla en SI.

De (A) y (B)



mE

V E

=4mA

5V A

⇒Ge=ρE

ρA

= 45mE

mA

=4VE

5VA

. .. .. .. . ..( A )

mE

mA

=23

.. .. . .. .. .( B)mE

mA+mE

=25

⇒

23=

mE

mA

=4VE

5V A

mE+mA

mA

=2+33

=53

. .. .. . .. ..( a)

V E

V A

=2x53x4

=56⇒

V E+V A

V A

=5+66

=116

.. . .. .. . ..(b )


(a) entre (b)

De Tablas: ρA = 0,997 g/cm3, a 20ºC



mE+mA

V E+V A

x V A

mA

=3033

=GeAmezcla

ρmezcla=GeAmezcla( ρA)=10

11 (ρA )⇒

ρmezcla20 ºC =

1011 (0 . 997

g

cm3 )=0 .9064g

cm3

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